Авторы: Иван П. Паркин, Квентин А. Панхерст, Луиза Афэек, Марко Д. Агваса

Самораспространение высокотемпературного синтеза BaFe12O19,

Mg0.5Zn0.5Fe2O4 и Li0.5Fe2.5O4

Феррит бария (BaFe12O19), литиевый феррит (Li0.5Fe2.5O4) и феррит цинка магния (Mg0.5Zn0.5Fe2O4) может взаимодействовать в режиме самораспространения (СВС) благодаря реакции от железа, окиси железа (III) и

металлическим окисям и пероксидам. Движущая сила для реакции - окисление железного порошка. Реакции были выполнены под кислородом воздуха и с дополнением перхлората натрия как внутреннего агента окисления.

Реакции были изучены в течение некоторого времени. Белый луч Рентгена использовался в комбинации с тремя энергиями и чувствительных датчиков. Спектры были приобретены с интервалами просмотра 100±250 мс и эффективный 2h диапазон составил 10 ± 60 0. Преобразование реагентов в продукты произошло на порядке 200 мс во всех системах, изученных с исключением прикладного синтеза феррита бария, где промежуточное звено Fe 3O 4 было соблюдено. Эффекты расширения в течение СВС позволили исследовать нормы охлаждения в системе. Все материалы СВС были исследованы и до и после отжига. Реакции твердого тела требуют длительного нагревания даже при высоких температурах, потому что распространение в пределах тел идет медленно. Обычно синтез, также известный как «керамический метод», содержит много размолов, пошаговое нагревание и охлаждение, чтобы преодолеть барьер самораспространения твердого тела. Много синтетических направлений были развиты, для того чтобы улучшить «керамический метод». Цель этих методов уменьшить длину распространения твердого тела, смешивая компоненты в атомном соотношении. Высокотемпературный самораспространяющийся синтез (СВС) - альтернативный переход твердого тела, который дает возможность использовать химические реакции. Самораспространение высокотемпературного синтеза было исследовано в конце 1960-х Мержановым и его сотрудниками и стал отдельной отраслью изучения. СВС позволяет подготовку широкого разнообразия материалов, межметаллического состава, металлические карбиды, окиси, бориды, Природа СВС позволяет вводить новые применения, например, покрытие внутренней часть труб, или сдерживание радиоактивного материала. Реакции СВС являются сильно экзотермическими. Достаточно высокая температура реакции позволяет загораться последовательно слои смеси реакции; следовательно никакое внешнее нагревание не требуется. Реакциям характерно быстрое нагревание и охлаждение и может быть зажжено двумя способами - в точке или в какой-то части. От инициирования точки реакция продолжается с помощью распространения (также известного как синтез и сгорание) волна которого перемещается через смесь реакции. Достигнуты температуры сверх 1000 0 C. Продукты требуют минимальной обработки, производятся материалы в одну стадию.

Мы интересуемся формированием ферритовых материалов СВС, особенно BaFe12O19, Mg0.5Zn0.5Fe2O4 и Li0.5Fe2.5O4. Ферриты - магнитные окиси, которые используются для коммерческого применения. М-тип шестиугольного феррита бария, BaFe12O19, был, изучен в индустриальном контексте Лаборатории Philips в 1952. Mg0.5Zn0.5Fe2O4 применяется в телефонах и телевизионных системах из-за его высокой намагничиваемой насыщенности. Li0.5Fe2.5O4 имеет кубическую обратную структуру шпинели, занимающей восьмигранные участки. Это – мягкий феррит с очень высокой температурой Кюри 638 0C. Его особенность – применение для микроволновых печей. Li0.5Fe2.5O4 имеет две кристаллографические формы: суперструктурированная форма, в которой литий и железные атомы связываются, и беспорядочная форма в которой литий и железо имеют случайное статистическое распределение. Это - новая область работы; единственные предварительно изданные результаты были для высоких температур реакции для СВС карбида титана и феррита стронция. Много работ по теории сгорания было издано Мержановым.. Новиков нашел эмпирическое отношение что адиабатная температура сгорания должна превысить 1500 0 C для реакции самораспространения. В частности было бы интересно обнаружить информацию о путях реакции, предпринятых в течение СВС, определите оценочные температуры реакции от тепловых эффектов расширения. TRXRD – техника, которая позволяет исследовать эти вопросы. TRXRD эксперименты на СВС реакциях были выполнены только в ряде случаев, используя синхротрон. A монохроматический луч Рентгена и датчики использовались, типично с диапазоном 2h и приблизительно в интервале 30±1000мс.

Эксперимент. Все химикалии были получены от Aldrich Chemical Co . и использованы. Манипуляции, дробления и размолы были выполнены в перчатке Саффрона под атмосферным азотом. Процесс был выполнен на порошках основания в быстрой печи нагревания с нагреванием и охлаждением от 20 0С в течение 21 мин. Все измерения были зарегистрированы на порошковых образцах. Порошки были проанализированы дифракцией Рентгена. Просмотр электронных микрографов и электронного микрозонда, данные были получены на Hitachi S-4000. Спектры были свернуты, чтобы удалить основание искривления и было калибровано относительно железа при комнатной температуре. Спектры FT - IR были получены как KBr шарики на Nicolet 205. Температуры волны синтеза были определены на FLIR - тепловая камера отображения. BaO2 ( 1.40 г, 8.3 ммоль), Fe ( 2.50 г, 44.7ммоль) и Fe2O3 ( 3.57 г, 22.4ммоль) были истерты вместе с помощью пестика. Зеленая смесь была помещена в керамическую чашу и зажженна в одном конце горячим проводом (800 0 C). Это вызвало оранжевую волну распространения (920 0 C), которая двигалась поперек смеси. После СВС изделия были земленого цвета.

Феррит цинка магния. MgO ( 0.36 г, 8.95ммоль), ZnO ( 0.73 г, 8.95ммоль), Fe ( 1.00 г, 17.9ммоль) и Fe2O3 ( 1.43 г, 8.95ммоль) были смешаны вместе. NaClO4 ( 0.82 г, 6.72ммоль) добавлялся и слегка смешивался вместе с остальной частью смеси. Реакции были выполнены тем же самым способом, что и BaFe12O19, и яркий синтез (1280 0 C) и наблюдалась желтая волна со скоростью 7мм/с. После СВС изделия были вымыты дистиллированной водой, чтобы удалить NaCl . Они были потом высушены.

Литиевый феррит. Li2O2 ( 0.205 г, 4.5 ммоль), Fe ( 1.00 г, 17.9 ммоль) и Fe2O3 ( 2.145 г, 13.4 ммоль) были смешаны вместе в пестике. Реакции были выполнены тем же самым способом, что касается BaFe12O19 и оранжевая волна распространения (850 0 C), приблизительно 1± 2 мм.

Выводы:

Самораспространяющийся высокотемпературный обеспечивает легкий маршрут к возможностям ферритовых магнитов. Реакции проходят с волной синтеза при температуре 800±1300 ? C и скорости 2 ± 10 мм/с, в зависимости от системы. В некоторых случаях, типа литиевый феррит и феррит цинка магния, желательный феррит сформированный непосредственно из СВС, пока для шестиугольного бария феррит - изделие требует отжига при 1150 0 C.

Процесс СВС первоначально охлаждается по норме приблизительно до 1000 0 C для всех трех систем. Дальнейшие изучения запланированы на использование TRXRD в быстрых химических системах.

Статья появилась 18-ого мая 2000 на http://www.shs.misis.ru